基于AVR單片機(jī)Mega16的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1 引言

　　數(shù)字鐘能長期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定地工作；同時(shí)還具有體積小，功耗低等特點(diǎn)，便于攜帶，使用方便。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)"時(shí)、分、秒"數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，廣泛應(yīng)用于個(gè)人家庭、車站、碼頭、辦公室等公共場(chǎng)所，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。傳統(tǒng)MCS51系列單片機(jī)的所有數(shù)據(jù)處理都基于一個(gè)累加器，因此累加器與程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就成了單片機(jī)的瓶頸；在AVR單片機(jī)中，寄存器由32個(gè)通用工作寄存器組成，并且任何一個(gè)寄存器都能充當(dāng)累加器，從而有效避免累加器的瓶頸效應(yīng)，提高系統(tǒng)性能。

　　AVR系列的單片機(jī)不僅具有良好的集成性能，而且都具備在線編程接口，其中的Mega系列還具備JTAG仿真和下載功能；含有片內(nèi)看門狗電路、片內(nèi)程序Flash、同步串行接口SPI；多數(shù)AVR單片機(jī)還內(nèi)嵌了A／D轉(zhuǎn)換器、EEPROM、模擬比較器、PWM定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種功能；AVR單片機(jī)的I／O接口具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，灌人電流可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、LED等元件，從而省去驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。

2整體設(shè)計(jì)思路

　　利用Mega16單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過軟件編程控制可編程器件Mega16，實(shí)現(xiàn)秒、分、時(shí)、日、月、年的控制，最終通過LCD液晶顯示屏顯示結(jié)果。此外還可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)整、定時(shí)等多種實(shí)用功能。整個(gè)設(shè)計(jì)分硬件和軟件兩大部分。硬件部分采用Mega16單片機(jī)作為可編程芯片，1602字符液晶作為信號(hào)顯示；軟件部分利用C語言作為設(shè)計(jì)語言，對(duì)Mega16進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各種功能。

3硬件設(shè)計(jì)

　　硬件設(shè)計(jì)電路分解為Mega16單片機(jī)、晶體振蕩器和802／1602字符液晶顯示3個(gè)部分，其結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。Mega16單片機(jī)內(nèi)部晶體振蕩器的外接電路。由兩個(gè)15 pF的電容C7和C8、晶體振蕩器Y2(f=7.328 MHz)構(gòu)成，其電路如圖1所示。圖中X1和X2分別接Mega16的12和13兩個(gè)脈沖控制端，使得Mega16的內(nèi)部脈沖電路為電子時(shí)鐘和整個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘提供脈沖。

圖1所示給出了采用Mega16單片機(jī)外加電源及晶體振蕩器構(gòu)成最小單片機(jī)系統(tǒng)。配合單片機(jī)開發(fā)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和下載，最終將時(shí)鐘信息從PB0～PB7端口輸出到字符液晶顯示。

圖2給出1602字符液品作為信號(hào)顯示部分。字符液晶采用4位模式與單片機(jī)的PB端口相連。

4軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試

　　軟件設(shè)計(jì)包括CodeVision AVR編輯軟件和AVRStudio4調(diào)試、PonyProg2000下載軟件等部分。利用ISP將生成程序timer.hex 下載到目標(biāo)板。采用AVR MEDIA嵌入式單片機(jī)綜合開發(fā)器和開發(fā)機(jī)。其C語言程序如下：

5 結(jié)語

　　單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。尤其是AVR單片機(jī)可以用高級(jí)語言編程，極容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)移植，并且加快了軟件的開發(fā)過程。這里以Mage16單片機(jī)為核心，輔以必要的電路，采用高級(jí)C語言編程，沒汁了一個(gè)簡易的電子時(shí)鐘，由4.5 V直流電源供電，通過LCD液晶能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間。